Способ анализа полимерной матрицы в тонком слое Советский патент 1992 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к использованию полимерных покрытий, в частности материалов из полиорганосилоксанов для создания межслойной изоляции в микроэлектронике. Покрытия используются в качестве диэлектрического изолирующего слоя с повышенной устойчивостью к электромагнитному и ионизирующему излучениям. Для использования таких покрытий в микроэлектронике необходимо провести оценку прочности (достаточной жесткости) полимерной матрицы, в частности, в случае тонкослойной изоляции.

Известен способ оценки механической прочности покрытия, заключающийся в измерении модуля упругости, который определяется отношением прироста напряжения к приросту деформации на начальном упругом участке деформации. В эту характеристику включается изменение степени

кристалличности, надмолекулярной структуры, дефектности и образования пространственной сетки. Однако в случае тонких слоев (от микрометра или долей микрона до десятков микрон)такие измерения осуществить практически не представляется возможным

Известен способ оценки жесткости полимерной матрицы путем измерения вязкости.

Однако измерение вязкости сшитых предварительно отверждающих полимеров в тонком слое представляет весьма с5лож- ную и практически неразрешимую задачу.

Наиболее близким к предлагаемому, является способ определения жесткости полимерной матрицы в тонком слое, основанный на измерении гель-фракции.

Способ реализуется следующим образом: образец (полимерная пленка вместе с

ч

-N

4 О

О О

подложкой) взвешивается, помещается в растворитель, например в толуол. Затем нерастворившуюся часть высушивают, взвешивают и по разности масс определяют массовую долю гель-фракции.

Недостатками упомянутого способа определения жесткости полимерной матрицы в тонком слое являются: способ сложен в реализации, требуется работа с растворителями-, многократные взвешивания, сушка образца; проведение экстракции требует значительного времени (до 10 ч); при работе с очень тонкими (микрон и менее) пленками, масса которых мала, становится значительной статистическая ошибка; в результате осуществления способа покрытие перестает существовать как гаковое.

Цель изобретения - упрощение способа, сокращение времени осуществления способа, повышение точности способа при контроле тонких (микрон и менее) пленок, осуществление неразрушающего контроля покрытий.

Цель изобретения достигается тем, что в полимерную матрицу вводят гетероциклические силокси-звенья в количестве 1-30 мол.%, возбуждают импульсный лазерным излучением люминесценцию полученной модифицированной матрицы при комнатной температуре и судят о жесткости матрицы по наличию длительного свечения.

По п. 1 в качестве гетероциклических силокси-звеньев используются силафлуоре- нильные, силаоксадигидрофенатрениль- ные, дисиладигидроантраценильные звенья:

по п. 1 в качестве источника импульсного лазерного излучения используется Хе-С) лазер.

Предлагаемый способ определения жесткости полимерной матрицы не требует проведения экстракции с использованием растворителей и многократных взвешиваний, т.е. является более простым в реализации, Кроме того, наличие длительного свечения может быть зарегистрировано даже визуально, т.е. предлагаемый способ является более экспрессным, так как его осуществление требует не более Юсек. Чувствительность предлагаемого способа не зависит от толщины пленки, так как глубина проникновения УФ излучения мала, т.е. повышается точность способа при контроле очень тонких микрон и менее) пленок. Наконец, контролируемый образец не разрушается, так как требуемая интенсивность возбуждающего излучения значительно (на несколько порядков) ниже порога разрушения материала.

Сущность изобретения заключается в следующем: образец полимерного покрытия с введенными гетероциклическими си- локси-звеньями наносят на подложку

разбавленного 6%-ного раствора в толуоле, подсушивают и отверждают либо в термостате при 200°С в течение 2 ч либо при помощи сшивающих агентов (применяли от- вердитель у-аминопропилтриэтоксилан).

Гетероциклические силокси-звенья вводили в количестве 1-30 моль.%, Нижний предел обусловлен тем, что меньшее количество ввести нельзя, а верхний - тем, что при введении гетероциклических силоксизвеньев в количестве более 30 моль.% нарушается гомогенность покрытия,

Отвержденные полимерные покрытия зондируют при помощи стандартного метода регистрации люминесцентного отклика

образца на возбуждающее лазерное излучение. В качестве источника лазерного излучения использовали импульсный эксимерный Xe-CI лазер ( А 308 нм). Спектр и динамику люминесценции полимерной пленки регистрировали многоканальным оптическим анализатором, Кроме того, наличие длительного свечения контролировали визуально.

Пример 1. Полиметилфенилсилаоксодигидрофенантренилсилоксан наносят на подложку из 6%-ного раствора в толуоле, подсушивают и отверждают при 200°С, определяют массовую долю гель-фракции, которая равна 10-12% при содержании 1-5

моль,% силаоксодигидрофенантренильных звеньев, возбуждают Хе-С лазером, длительного свечения не наблюдается,

Пример 2. Полиметилфенилсилаок- содигидрофенантренилсилокеан наносят

на подложку (пример 1), отверждают при добавлении 1%-ного -аминопропилтриэ- токсисилзна, содержание гель-фракции равно 28-30% при возбуждении Xe-Cf проявляется слабое длительное свечение.

5 П р и м е р 3. ПМФСФА наносят на подложку (пример 1) и отверждают при добавлении 5% } -аминопропилтриэтоксиси- лана, затем возбуждают при помощи Xe-CI лазера, наблюдается длительное свечение

0 (т 0,9 с), содержание гель-фракции равно 68%.

Пример 4. ПМФСФА с содержанием ФА-звеньев в количестве 10, 15 и 30 моль.% наносят на подложку (пример 1), отверждэ5 ют при повышенной температуре (содержание гель-фракции соответственно равно 7-8; 6и 4%, при возбуждении Хе-С1 лазером длительного свечения не наблюдается.

Пример 5. При исследовании тех же полимеров с добавкой отвердителя в количестве 5% длительное свечение наблюдается, содержание гель-фракции соответственно равно 80,8; 84,0; 87,0%.

Пример 6. ПМФСФА, отвержденный при повышенной температуре, помещают в криостат и при 77 возбуждают Xe-Cf лазером, при этом наблюдается длительное свечение.

Пример 7. Образец ПМФСФА с содержанием ФА звеньев 2,5 моль.% с добавкой отвердителя нагревали до 100°С, при этом длительное свечение исчезало, а при охлаждении образца до комнатной тем- пературы восстанавливалось.

Вышеприведенные примеры показывают, что при содержании гель-фракции ниже 30% длительного свечения при возбуждении Xe-CI лазером не наблюдается, в жест- ких полимерных матрицах при содержании гель-фракции 68-87% длительное свечение наблюдается.

Формулаизобретения

1. Способ анализа полимерной матрицы в тонком слое, включающий вынесение суждения о жесткости анализируемой матрицы, отличающийся тем, что, с целью упрощения и сокращения времени анализа, в полимерную матрицу вводят гетероциклические силокси-звенья в количестве 1-30 мол.%, возбуждают импульсным лазерным излучением люминесценцию полученной модифицированной матрицы при комнатной температуре, и в случае наличия длительного свечения матрицы считают ее жесткой,

2.Способ поп, 1,отличающийся тем, что в качестве гетероциклических си- локси-звеньев используют силафлуорениль- ные звенья.

3.Способ поп. 1,отличающийся тем, что в качестве гетероциклических си- локси-звеньев используют силаоксодигид- рофенантренильные звенья.

4.Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве гетероциклических си- локси-звеньев используют дисиладигидро- антраценильные звенья.

5.Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве источника импульсного лазерного излучения УФ-диапазона используется эксимерный Xe-Ct лазер.

Способ анализа полимерной матрицы в тонком слое. Сущность заключается в том, что в полимерную матрицу вводят гетероциклические силокси-звенья в количестве 1-30 мол.%, возбуждают импульсным лазерным излучением люминесценцию полученной модифицированной матрицы при комнатнрой температуре и о жесткости матрицы судят по наличию ее длительного свечения. В качестве гетероциклических силокси-звеньев используются силафлуоре- нильные, силаоксодигилрофенантрениль- ные, дисиладигидроантраценильные звенья. В качестве источника импульсного лазерного излучения УФ-диапазона используется эксимерный Xe-Cf лазер, 4 з.п.ф-лы.